Nghiên ứu hệ điều khiển buồng sấy dây chuyền xeo giấy

Tác giả tập trung tìm hiểu và phân tích dây chuyền xeo nói chung và hệ thống thực ở dây chuyền 1 nhà máy giấy Bãi Bằng nói riêng, để đưa ra các kết luận và thực hiện mô hình hóa đối tượn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH

Hà Nội - 2008

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan luận v n tă ốt nghiệp này là do tôi tự hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Để hoàn thành luận v n này, tôi ch sử ụă ỉ d ng nh ng tài li u tham khả đữ ệ o ã được ghi trong mục tài liệu tham khảo, không sử dụng các tài li u nào khác mà không được li t kê ệ ệ

ở ph n tài li u tham kh o ầ ệ ả

Học viên

NGUYỄN V N HƯNG Ă

L ời mở đầ u

Trong một dị đp i công tác tại nhà máy gi y Bãi Bấ ằng v i nhiệm vụ: Nâng cao tố độớ c quay lô sấy của phân xưởng Xeo nhà máy Sau quá trình làm việc, tác giả nhận thấy, một đối tượng khá lý thú và hấp d n, ó là hệ đ ềẫ đ i u khi n buồể ng s y gi y Lý do tác giả quan tâm tớ đ ềấ ấ i i u này là việc nâng cao tố độc quay lô sấy có liên quan tới hệ này Thực tế, dây chuy n này ề được xây dựng t ừnhững năm 80 c a th kỷủ ế trước, do v y, t n t i m t s vấ đềậ ồ ạ ộ ố n cần nâng c p, kh c ph c Và m c ấ ắ ụ ụ

đích cu i cùng c a ý tưởng nâng c p này là nâng cao hi u qu s d ng v n em lạ ợố ủ ấ ệ ả ử ụ ố đ i l i ích kinh t ếcao hơn n a ữ

Bản luận văn này giới hạn việc tìm hiểu, nghiên cứu và đưa ra đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng iđ ều khiển cho khâu s y c a phân xưởng Xeo t i nhà máy gi y nói chung, và gi y Bãi ấ ủ ạ ấ ấBằng nói riêng Tác giả tập trung tìm hiểu và phân tích dây chuyền xeo nói chung và hệ thống thực ở dây chuyền 1 nhà máy giấy Bãi Bằng nói riêng, để đưa ra các kết luận và thực hiện mô hình hóa đối tượng Sau đ đưó, a ra cấu trúc đ ềi u khiển mớ đểi thực hiện nâng cao chất lượng iđ ều khiển cho hệ thống

Thực sự, trong quá trình tìm hiểu, tác giả không tìm được một nghiên c u nào trước ây v hệ ứ đ ềsấy cho xưởng Xeo của nhà máy giấy tại nước ta Do vậy, toàn bộ những kiến thức có được đều tham khả ởo các sách nước ngoài, và đặc biệt là khoảng thời gian thực tế tại nhà máy Bãi B ng ằTôi thực sự cám ơn sự giúp đỡ nhi t tình của các anh chị ỹ ưệ k s , công nhân thuộc tổ Nghi khí và tổ

Công nghệ tại nhà máy Đồng thời, tôi xin cám ơn PGS Bùi Quốc Khánh và TS Phạm Quang

Đăng, hai người đã có kinh nghi m làm vi c th c t tạệ ệ ự ế i xưởng Xeo v i ki n th c chuyên sâu ã ớ ế ứ đchỉ dẫn nhi t tình cho tác gi trong quá trình làm b n lu n v n này Tôi cung xin g i l i cám ơn ệ ả ả ậ ă ử ờ

tới các đồng nghiệp của tôi đã góp ý, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Hà nội, ngày 16 tháng 11 năm 2008

Học viên

Nguyễn V n H ng ă ư

Mục lục

Lời cam đoan 1

Lời mở đầ u 2

Mục lục 3

Danh mục hình vẽ 4

Chương 1: Công nghệ xeo giấy trong nhà máy sản xuất giấy 6

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ả s n xu t giấy 6 ấ 1.2 Những t n t i trong khâu sấy 10 ồ ạ 1.2.1 Vai trò quan trọng c a khâu sấy 10 ủ 1.2.2 Những tồ ạn t i cần khác phục 12

Chương 2: Nguyên lý hoạt động c a quá trình sấy trong xưởng Xeo 15 ủ 2.1 C u tấ ạo và nguyên lý hoạt động của khâu sấy 15

2.2.1 Cấu hình lô sấy trong phân xưởng Xeo 16

2.2.2 Hệ thống hơi và hệ thống xử lý nước ngưng trong phân xưởng Xeo 19

2.2.3 Vòng đ ềi u khi n lượng h i m 22 ể ơ ẩ 2.3 Mô tả hoạ đột ng bu ng thông gió 27 ồ 2.3.1 iĐ ểm sương 28

2.3.2 C u trúc bu ng thông gió 29 ấ ồ 2.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng i u khiđ ề ển 32

Chương 3: Mô hình hóa và xây dựng c u trúc đ ềấ i u khi n m i 37 ể ớ 3.1 Mô hình hóa lô sấy 37

3.1.1.Mô hình kinh nghiệm 37

3.1.2 Mô hình động c a lô sấy 39 ủ 3.2 Phương pháp nhận d ng i tượng tạ đố ừ thực nghiệm 46

3.2.1 Nhận d ng quá trình có dạng IPZ qua đạ áp ng bước 47 ứ 3.2.2 Nhận d ng quá trình FOPDT qua đạ áp ng bước 49 ứ 3.3 ng d ng buỨ ụ ồng thông gió vào đ ềi u khi n ể độ ẩm của gió 50

3.3.1 Nhận d ng i tượng khi ạ đố ứng d ng buụ ồng khí đ ềi u khiể độ ẩn m của giấy 50

3.3.2 Cấu trúc đ ềi u khiển mid-ranging 52

3.3.3 Lợi ích đem lại từ ấu trúc mid-ranging cho hệ ấ c s y 55

3.4 Xây dựng c u trúc đ ềấ i u khi n 58 ể 3.4.1 B i u khiộ đ ề ển cho vòng đ ều khiển áp suất.i 58

3.4.2 Thiết kế ộ đ ề b i u khiển cho vòng đ ềi u khi n m bằng phương pháp IMC 61 ể độ ẩ 3.4.3 Tính toán b iộ đ ều khiển theo phương pháp mô hình nội IMC 67

Chương 4: Mô phỏng và nhận xét 71

4.1 Mô phỏng vòng i u khi n áp suất cho đối tượng IPZ 71 đ ề ể 4.2 B i u khiộ đ ề ển IMC cho vòng đ ềi u khi n ể độ ẩm 73

4.2.1 ng d ng b iỨ ụ ộ đ ều khiển IMC cho vòng đ ềi u khi n ể độ ẩm dùng hơi 73

4.2.2 Vòng đ ềi u khi n IMC cho đối tượng buể ồng thông gió 75

4.3 Vòng đ ềi u khi n m với cấu trúc mid-ranging 75 ể độ ẩ 4.4 Nhận xét kết quả 80

Kết luận 82

Tài liệu tham khảo 83

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1: Tổ ng quan v công nghệ ả ề s n xuất giấy

Hình 1.2: Quá trình sấy giấy

Hình 2.1: Bu ng s ồ ấy giấy hiệ đại của hãng Metso n

Hình 2.2 : Các lô sấy trong dây chuyề n s n xuất giấy ả

Hình 2.3a: Cấu hình lô sấy kép

Hình 2.3b: Cấu hình lô sấ đơ y n

Hình 2.4 : Hai lô sấy lạ nh nhóm sấy cuối cùng ở

Hình 2.5: Bố trí các lô sấy trong một nhóm sấy

Hình 2.6 Bố trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade

Hình 2.7: Bố trí kiểu cascade với bốn nhóm sấy chính

Hình 2.8: Hệ ấ s y sử ụ d ng bộ nén h i ơ

Hình 2.9 Đườ ng o c đ ủa máy scanner

Hình 2.10: Áp suấ đặ t t giữa các nhóm lô sấy

Hình 2.11.: Đ ể đặ i m t r củ a b i u khiể độ ẩ ộ đ ề n m

Hình 2.12: C ấu trúc đ ề i u khiển thường g p c ặ ủ a vòng đ ề i u khiể độ ẩ n m

Hình 2.13 : Các thông số liên quan trong khâu sấy

Hình 2.14: Hai yế ố ự u t t nhiên ả nh hưởng t i quá trình sấy ớ

Hình 2.15 : Nguyên lý cấ ạ u t o h thố ệ ng thông gió bu ng s y ồ ấ

Hình 2.16 : Cấu hình hộp thổi khí của khoang sấy kép và đơn

Hình 2.17: Vị trí các hộp gió trong một dây chuyề n s y hiệ đạ ấ n i của hãng Metso

Hình 2.18 : Áp su ất trong buồ ng thông gió

Hình 2.19 : Hệ Xeo dây chuyền 1 nhà máy Bãi Bằng

Hình 2.20: Mô t ả ệ đ ề h i u khi ể n s y của dây chuyền Xeo 1 ấ

Hình 2.21 : Hi n t ng ệ ượ đứt giấy tại buồ ng s ấy

Hình 3.1: Đ áp ng bước vòng hở ủ ứ c a mô hình i tượng IPZ đố

Hình 3.2: Gradient nhiệ độ t trong lô s y ấ

Hình 3.3 : Đ áp ng bước Step của mô hình IPZ ứ

Hình 3.4: Đ áp ng bước của quá trình FOPDT ứ

Hình 3.5 : Đ áp ng c a m c ứ ủ độ ẩ ủ a gi y và đ ế ấ i m s ương khi nguồ n c p khí thay đổi ấ

Hình 3.6: Ứ ng d ng i n hình củ ụ đ ể a c u trúc đ ề ấ i u khiể n d i giữa ả

Hình 3.7: Cấu trúc đ ề i u khiể n d i giữ đơ ả a n gi n ả

Hình 3.8: C ấu trúc đ ề i u khiể n d i giữ ả a cho b ộ đ ề i u chỉ nh v trí van ị

Hình 3.9: Cấu trúc đ ề i u khiể n d i giữa kiểu lai ả

Hình 3.10 a: Công suất sấy củ a h h i và buồng gió ệ ơ

Hình 3.10 b: Công suất tổng khi kết hợp hai hệ ơ h i và khí

Hình 3.10 c: Vùng làm việ đ c áp ng nhanh c a hai hệ ơ ứ ủ h i và khí

Hình 3.11 :Vòng đ ề i u khiển áp suất

Hình 3.12 S ơ đồ khối mạch vòng đ ều khiển cho đối tượng IPZ i

Hình 3.13: Đánh giá chất lượng quá trình quá độ qua chỉ ố Ms s

Hình 3.14: Cấu trúc mid-ranging đề xuất áp dụ ng i u khiể độ ẩ đ ề n m

Hình 3.15: Đ ề i u khiển vòng hở

Hình 3.16: Sơ đồ đ ề i u khiể n mô hình n i ộ

Hình 3.17: Chuy n ể đổi tươ ng đươ ng i đ ều khiển mô hình nội

Hình 3.18: Dạng thu gọ n c a i u khiển mô hình nội ủ đ ề

Hình 4.1: Vòng đ ề i u khiển áp suất

Hình 4.2: B ả ng tham s ố cho đối tượng IPZ

Hình 4.3 :Các tham số cho đối tượng IPZ

Hình 4.4 áp ng c a b i Đ ứ ủ ộ đ ều khiển PID cho đối tượng IPZ

Hình 4.5 : Cấu trúc đ ề i u khiển IMC (lý tưởng)

Hình 4.6 : Kh n ả ăng loại trừ nhi ễu tốt

Hình 4.7: Bộ đ ề i u khiển PID tổ ng h p theo IMC ợ

Hình 4.8 : Đ áp ng u ra ứ đầ

Hình 4.9: Cấu trúc đ ề i u khiển mid-ranging cho hệ đ ề i u khi n m ể độ ẩ

Hình 4.10 : Giá trị tham số cho đối tượng Process Object

Hình 4.11 : Giá tr ị tham số cho đối tượ ng Process Object1

Hình 4.12: Tham số cho bộ đ ề i u khiển PID2

Hình 4.13: Tham số cho bộ đ ề i u khiển PID1

Hình 4.14 : Đ áp ng tín hiệ đ ề ứ u i u khiể n c a c c u ch ủ ơ ấ ấ p hành h thố ệ ng h ơ i (trên) và c ủ a van gió

c a bu ủ ồng gió (dưới)

Hình 4.15: Đ áp ng u ra giữa hai hệ: Không có mid-ranging (trên) và hệ mid-ranging (dưới) ứ đầ Hình 4.16: Đ áp ng tín hiệ đ ề ứ u i u khiể n c a c c u ch ủ ơ ấ ấ p hành h thố ệ ng h ơ i (trên) và c ủa van gió (dưới)

Hình 4.17 : Đ áp ng u ra giữa hai hệ: Không có mid-ranging (trên) và hệ mid-ranging (dưới) ứ đầ

Chương 1: Công nghệ xeo giấy trong nhà máy sản xuất giấy

Chương này nêu lên vai trò quan trọng c a gi y trong đời s ng c a con người Đồng th i ủ ấ ố ủ ờgiới thiệu vắn tắt công nghệ sản xu t gi y và vai trò quan tr ng c a khâu sấy trong nhà ấ ấ ọ ủmáy giấy, công nghệ này được khảo sát thực tế tại nhà máy gi y Bãi B ng Ti p theo, qua ấ ằ ếthực tế, tác giả đưa ra các sự cố thường g p trong khâu s y và nhiệặ ấ m v cầụ n gi i quy t ả ếtiếp theo

Ngày nay, giấy đóng vai trò quan trọng trong đời sống thường ngày của chúng ta, giấy được sử dụng h u h t trong các l nh v c c a đời s ng nh trong in n, vi t, cho óng gói, ầ ế ĩ ự ủ ố ư ấ ế đcho các ứng d ng khác như giấy ăn hay giấy vệụ sinh Nh ng s n phữ ả ẩm này có chất lượng khác nhau nhiều M t số loộ ại giấ đy òi hỏi chấ ượng cao là: t l

Trong thời đại phát triển ngày nay, giấ đy ã trở thành một nguyên liệu cơ bản và xu t hi n ấ ệ

ở kh p m i n i trên th gi i Gi y óng vai trò th c s quan tr ng trong đời s ng hàng ắ ọ ơ ế ớ ấ đ ự ự ọ ốngày của con người

Ngành công nghiệp giấy là ngành công nghiệ đp òi hỏi vố ớn l n và môi trường c nh ạtranh cao Đ ề đi u ó thể hiể ởn áp lực về giá sản phẩm Áp lực về giá dựa trên các sản phẩm thành phẩm cho thấy lợi nhuận trên một đơn vị sản ph m là r t nh , và vì v y người s n ẩ ấ ỏ ậ ảxuất chỉ thực sự thu được lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn

Trước khi tìm hiểu v ấn đề đ ều khiể trong khâu sấy ở xưởng xeo, ta tìm hiểu i n

nguyên lý chung về công nghệ ả s n xu t giấy qua các công đ ạấ o n sau:

a Công đ ạ o n xử lý nguyên liệu:

Nguyên liệu tre nứa gỗ từ bãi nguyên li u được đưa vào b ng chuy n, được phun r a ệ ă ề ửtrước khi vào máy chặt Tại máy chặt tre nứa, gỗ được đập dập, chặt thành các mảnh nhỏ

có kích thước yêu cầu, sau đó được đưa qua hệ thống rửa mảnh rồi qua băng t i đến sân ảchứa mảnh năng suất cỡ vài trục tấn/h

G ỗ được a đư đến hệ thống bóc vỏ bằng băng t i xích và được đưa vào thùng bóc vỏ ảSau khi được bóc vỏ ỗ g được chặt theo kích thước yêu cầu Sau đó m nh gả ỗ được đưa qua sàng chọn đến sân ch a mảnh gỗ Năứ ng su t máy ch t gỗ là khoảng từ 20-60 t n/h tuấ ặ ấ ỳ thuộc công suất nhà máy Mảnh tre nứa gỗ được thổi đến từng nồi nấu theo tỷ lệ yêu cầu

3

c Công đ ạ o n rửa sàng:

Bột sau khi qua máy đánh tơi được đưa tới các máy rửa lọc chân không Tại đây bột rửa sạch để thu hồi hoá chất nấu bột là dịch đen loãng có nồng độ cỡ 13%, sau ó được đưa đtới hệ thống chưng bốc Bột đen đã được rửa sạch được đưa tới hệ thống sàng gồm: 2 sàng áp lực, 1 sàng thô và 3 sàng lọc cát Mấu mắt và b t s ng b lo i ra kh i b t được ộ ố ị ạ ỏ ộ

đưa xuống sàng, cô đặc và xu ng vít t i th i ra ngoài B t t t được a tớố ả ả ộ ố đư i công o n tẩy đ ạtrắng

d Công đ ạ o n tẩy trắng:

e Công đ ạ o n xeo giấy:

Trước khi vào máy xeo, bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả ă n ng liên kết giữa các thớ ợ ớ s i v i nhau t o i u ki n cho kh năng ạ đ ề ệ ảhình thành tờ gi y tấ ố ơt h n Sau khi nghi n b t được ph i h p v i các ph gia khác nh : ề ộ ố ợ ớ ụ ưcao lanh, nhựa thông , phèn và một số chất khác ở mức độ phù h p v i yêu c u ch t ợ ớ ầ ấlượng giấy Sau đó bột được qua h th ng ph tr : Sàng áp l c, l c cát, để lo i b chùm ệ ố ụ ợ ự ọ ạ ỏ

sơ sợi và cát s n rồi được đưa lên hòm phun bột Bột được phun lên lưới và hình thành tờ ạ

gi y ấ ướt có độ khô là 18-20% qua hệ thống ép ướt, độ khô cửa tờ giấ đạt 40%, rồi đưa y vào hệ thống s y Tại đây giấấ y được s y khô và ổấ n nh đị độ khô là 93-94% Sau ó tờ giấy đđược xử lý để làm nhẵn bề mặt, m n và chuy n đến b ph n cu n lại ở bộị ể ộ ậ ộ ph n hoàn ậthành để gia công, chế biến thành sản ph m giấy cuộn, giấy A4, A3, giấy vở học ẩsinh…theo yêu cầu của khách hàng

Bột từ sàng được đưa vào bể chứa từ bể chứa bột đen được đưa vào tẩy trắng Công đ ạn o

tẩy gồm 4 giai đ ạn: o

- Tiếp theo, bột được tẩy tiếp bằng NaClO để nồng độ tr ng t ng lên theo yêu c u ắ ă ầ

Để đảm bảo độ trắng tăng theo yêu c u t ra, phảầ đặ i th c hi n công o n tẩy diễn ra ự ệ đ ạmột cách nghiêm túc, duy trì thích hợp các yếu tố: nồng độ bột, m c dùng hoá ứchất, nhi t độ, th i gian và độ PH ệ ờ

- Bột sau khi được tẩy trắng được đưa vào bể chứa để đưa sang phân xưởng xeo

giấy N ng suất củă a công o n tẩy trắđ ạ ng được tính theo hàng trăm tấn/ngày

- Sau đó, được kiềm hoá để lo i bạ ỏ ợ h p chất mầu clorua lignin ra khỏ ột, i b

- Bột được clo hoá bằng Cl , 2

Hình 1.1: Tổng quan về công nghệ ả s n xu t gi ấ ấy

1.2 Những t n t ồ ại trong khâu sấy

1.2.1 Vai trò quan trọng của khâu sấy

Chức năng chính của phân xưởng xeo là tạo ra các cuộn giấy thành phẩm từ bột gi y ấTrong đó, khâu sấy là một thành phần quan trọng b c nhất của toàn phân xưởng Nhiệm ậ

vụ chính của khâu sấy là định hình kích cỡ khổ giấy và làm bay hơi phần lớn lượng nước tồn tại trong giấy để giấy đạt được khô yêu cầu

Nguyên lý cơ bản của quá trình t o ra giấy là quá trình loại nước khỏi bột giấy bằng việc ạ

ép, gia nhiệt Tại phần đầu c a dây chuyủ ền Xeo, trọng lượng c a các chấủ t khác ngoài nước chỉ chiếm khoảng 1%, trong khi đó, ở cuối dây chuyền, thành phần của các ch t này ấchiểm từ 90-95% trọng lượng c a tấm giấủ y Quá trình s n xu t giấy trong xưởng Xeo ả ấ

gồm các công đ ạn như hình vẽ sau: o

Hình 1.2: Quá trình sấy giấy

Như vậy, có ba khâu chính trong quá trình ch bi n gi y t i xưởng Xeo: Khâu phun lưới ế ế ấ ạ

để hình thành khổ giấy với độ m cỡ 80%, khâu ép ướt với độ ẩm còn 50-60% và khâu ẩ

sấy Trong quá trình đi qua khâu sấy, nước được loại bỏ từ độ ẩm 50% xuống khoảng 5% Sau khi ra khỏi khâu sấy giấy đã thành giấy thành phẩm và đưa đi tiêu dùng

Với mỗi nhà máy, việc đầu tư ộ m t máy giấy mới là một sự đầu tư ớ v i số ố v n rấ ớt l n Theo

dự toán cho thấy, chỉ riêng vốn đầu tư cho một nhà bột công suất 250.000 tấn/năm cỡ 400 triệu USD Vì vậy, việc tăng hiệu qu sảả n xu t và công su t là m t chìa khóa quan tr ng ấ ấ ộ ọhàng đầu để thực hiện thu hồi vốn nhanh và phát huy hiệu quả sản xuất kinh doanh Một trong những biến chất lượng quan trọng nhất trong ngành s n xuấả t gi y là lượng nước ấtrong giấy (độ ẩm của giấy) Dưới đây là một vài lý do trả lờ ại t i sao h th ng i u khi n ệ ố đ ề ểkhâu sấy đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và lợi nhuận của nhà máy:

- Sự biến đổi lớn về độ ẩm của giấy có thể ảnh hưởng bất lợi tới các khâu xử lý khác trong dây chuyền nh : khâu cán, dây chuyền chuyư ển đổi ho c óng gói, hoặặ đ c thậm chí cả máy in của khách hàng Trong quá trình sản xu t, độ ẩm được đo và giám ấsát online, các sản phẩm giấy sau đó được loại bỏ ế n u lệch khỏi các giá trị ới hạn gixác nh đị Độ ẩm của cuộn giấy có giá trị ổn định và đồng đều sẽ đảm b o s lo i ả ự ạ

bỏ thấp và đạt được hiệu suất cao

- Trong sản xuất, độ khô của tấm giấy thường đạt từ 90-95%, với độ khô này, theo góc độ kỹ thu t, thì t gi y s đạt tiêu chu n để đảm b o khi in, khi vi t không b ậ ờ ấ ẽ ẩ ả ế ịnhoè hay loang mực Ngoài ra, với độ khô này thì liên giấy bề ặ m t của tấm giấy đạt được độ bền và dai Nếu độ khô lớn h n hoơ ặc nhỏ hơn kho ng giá trị này thì tấm ả

gi y ấ đều dễ đứt bởi khô quá hoặc ẩm quá Xét về mặt kinh t , ế khi h th ng làm ệ ố

việc ổ định, thì có thể nâng độ ẩm của giấy lên tới giá trị mà không ảnh hưởng n

đến các c tính kỹđặ thu t c a gi y thành ph m Vi c làm này em l i l i ích kinh t ậ ủ ấ ẩ ệ đ ạ ợ ếrất lớn thể hiện ở hai khía cạnh Thứ nhất, sản ph m của nhà máy giấ đượẩ y c bán theo kg, do vậy việc tăng độ m đồng ngh a vẩ ĩ ới việc nhà máy giấy bán nước với giá thành cao Ví dụ, một nhà máy giấy công suất là 500 tấn giấy/ngày nếu gi m ả

độ ẩm 0,2% thì một năm sẽ tăng 356 tấn giấy Thứ hai, việc tăng độ ẩm của giấy sẽtiết kiệm được năng lượng hơi Do v y, trong th c t , để đảm b o c yế ốậ ự ế ả ả u t về kỹ thuật lẫn yếu tố kinh tế người ta thường cố gắng i u khi n khâu s y để đảm bảo đ ề ể ấ

độ ẩm của giấy trong khoảng từ 7%-8% tuỳ theo chất lượng bột đưa vào khâu ép

- Một giải pháp để tăng s n ph m đầu ra là vi c t ng t c độ ch y máy Th c t , ả ẩ ệ ă ố ạ ự ếtrong việc nâng cao sản lượng giấy thành ph m, người ta thường nâng cao t c độ ẩ ốquay của hệ truyền động cho các lô sấy, khi nâng cao tốc độ quay của lô sấy nghĩa

là tăng tốc độ ra giấy Trong thực tế, giải pháp này chỉ có thể ải quyết được khi gi

mà công suất sấy đáp ng được nhu c u Do v y, h th ng s y chính là nút th t c ứ ầ ậ ệ ố ấ ắ ổchai trong việc nâng cao sản lượng giấy thành ph m trong các nhà máy giấy Khi ẩ

đó, khâu s y tr thành v n đề gi i quy t cu i cùng b i khâu s y s ph i đảm b o ấ ở ấ ả ế ố ở ấ ẽ ả ảđược độ ẩm của giấy ở tốc độ ch y máy cao nh t mà v n trong t m ki m soát ạ ấ ẫ ầ ểNghĩa là việc đ ềi u khiển độ ẩm ở tốc độ cao mà v n đảm b o nhu c u h i c p ẫ ả ầ ơ ấkhông ở áp suất cao nh t ấ

Tóm lại, trong các công đ ạo n của xưởng Xeo thì khâu sấy là thành phần quan trọng nhất

và đắt tiền nhất Đồng thời, vấn đề iđ ều khiển cho khâu sấy cũng là vấn đề phức tạp và khó hơn cả

1.2.2 Những t n t ồ ại cần khác phục

Qua tìm hiểu thực tế, nhà máy Bãi Bằng được thành l p tậ ừ thập kỷ 80 dưới s tài trự ợ của chính phủ Thụ Đ ểy i n Nhìn từ cơ cấu t ch c và qu n lý thì chúng ta ang th a hưởng ổ ứ ả đ ừmột tài sản vô cùng quý từ nước bạn b i nó th c s hoàn thiệở ự ự n T khâu tổ chức con ừngười tới cách tổ chức nhà xưởng đều logic và hợp lý Còn v công ngh nói chung, nhà ề ệmáy nào cũng b nh hưởng b i công nghệ phát triển không ngừng Nói cách khác, thiết ị ả ở

bị không ngừng lạc hậu Do vậy, nhu cầu thay thế và nâng cấp luôn phải đặt ra để đạt được mụ đc ích cu i cùng là kinh t và ch t lượng s n phẩố ế ấ ả m cao Nhà máy gi y Bãi B ng ấ ằ

cũng không nằm ngoài đ ều này i

Trở lại th c t , ngày nay, t c độ củự ế ố a gi y trên dây chuyền có thể đạt 2000 m/phút với độ ấ

rộng của lô sấy lên tới 10 m Qua khảo sát thực tế tại nhà máy giấy Bãi Bằng, trong công

đ ạo n xeo gi y có 2 máy xeo lưới có kh rộng 3,8m vớ ốấ ổ i t c độ c c đại là 650m/phút Công ựsuất một máy xeo là 5 tấn/h Cả 2 máy xeo là 240 tấn/ngày

Như vậy, hiện nay đang tồn tại hai vấn đề chính đối với nhà máy giấy là:

i. Tốc độ ra giấy hiện nay của nhà máy là khá thấp Đ ều này có hai lý do ichính Một là, hệ truyền động cho hệ lô sấy chưa được nâng c p bấ ởi vẫn sử

dụng hệ truyền động 1 chiều cấp đ ện từ hệi DC bus Hai là, v i gi định có ớ ả

thể nâng cấp tốc độ quay lô sấy cao hơn thì một vấn đề thứ hai là: công suất sấy của hệ không đủ và độ ổn nh không cao khi tốđị c độ ra gi y được nâng ấ

lên

ii Hiện này, trong một số nhà máy của nước ta, đặc biệt là những nhà máy được xây dưng cách ây vài th p k nh giấđ ậ ỷ ư y Bãi B ng thì thường xuyên ằxảy ra sự cố đứt gi y, theo th ng kê, trung bình c 1,5 ngày/lầ Đ ềấ ố ỡ n i u này, qua khảo sát thực tế, nguyên nhân đứt giấy chủ yêu là do các nguyên nhân chính sau:

- Độ ẩm của giấy không đều

- Hệ truyền động động cơ quay lô có sự cố

- Chất lượng bột không đồng đều

Ngoài hai vấn đề nêu trên, m t hiện tượng khác cầộ n quan tâm là công su t s y ng v i t i ấ ấ ứ ớ ảgiống nhau l i có sự khác nhau khi thờạ i ti t thay đổi, c th là khi độ m không khí thay ế ụ ể ẩđổi

Trong những nguyên nhân trên, ở luận văn này, ta tập trung phân tích nguyên nhân làm

cho độ ẩm của giấy không đều, đề ra giả i pháp nâng cao ch t lượng i u khi n cho h ấ đ ề ể ệ Đồng thờ i góp ph n nâng cao công su t s y c a h ầ ấ ấ ủ ệ

Các giải pháp được đưa ra dựa trên nghiên cứu các tài li u và thực tếệ đề nâng cao độ n ổđịnh làm việc c a h th ng và nâng cao công su t s y ủ ệ ố ấ ấ

Như vậy, có hai vấn đề đặt ra đó là: làm sao để hệ đ ề i u khiển làm việ ổc n định và tin c y ậĐồng thời giải quyết vấn đề nâng cao h n nữơ a công suất sấy của hệ ấ s y

K ết luậ :Việ n c nâng cao ch t lượng và công su t s y óng vai trò quan tr ng trong bài ấ ấ ấ đ ọtoán nâng cao sản lượng giấ Đy ây chính là mụ đc ích chính c a lu n v n này ủ ậ ă

Chương 2: Nguyên lý hoạt động của quá trình sấy trong

xưởng Xeo

Ở chương 1, ã đưa ra quá trình s n xu t cho công ngh gi y nói chung và đưa ra các t n đ ả ấ ệ ấ ồtại hiện có trong xưởng Xeo nhà máy giấy Bãi Bằng Để hiểu được nguyên nhân của những tồn tại này, chương này, ta th c hi n tìm hi u sâu h n công ngh sấở ự ệ ể ơ ệ y gi y trong ấxưởng Xeo

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khâu sấy

Cách phổ biến nh t để làm bay hơi nấ ước khỏ ưới giấy là sử dụi l ng nhi t t hơệ ừ i quá nhi t ệtrong các lô sấy Một bộ ấ s y được chứa đầy h i quá nhiệt là mộơ t phương pháp hi u qu để ệ ảtruyền nhiệt vào tấm giấy Năng lượng hơ đi ã được ch ng minh có hiệứ u qu kinh t hơn ả ếbất kỳ phương pháp nào khác Một ưu điểm khác của phương pháp truyền nhiệt là ít độc hại và dễ dàng vận chuyển và công suất nhiệt cao Vì hầu hết nhiệt năng d ng h i được ạ ơlưu dưới dạng ẩn nhiệt, lượng lớn c a nhi t có th truy n i hi u qu nhi t độ không ủ ệ ể ề đ ệ ả ở ệ

đổi, đây là là m t c tính hữộ đặ u ích trong vi c sấy giấy và nhiều ứng dụng truyền nhiệt ệNgoài ra, dạng năng lượng này còn dùng cho việc quay tuabin động cơ th y l c và ng ủ ự ứ

2.2.1 Cấu hình lô sấy trong phân xưởng Xeo

Khâu sấy là một buồng s y dài cỡ hàng chụấ c đến hàng tr m mét tùy thu c vào ă ộcông suất của mỗi máy sấy Trong buồng s y chứấ a hàng lo t các lô s y được s p x p xen ạ ấ ắ ế

kẽ nhau và thường có hai hàng trên và dưới Các lô sấy này l i được phân thành các nhóm ạsấy (Group) khác nhau tùy thuộc vào áp suất hơi đưa vào lô sấy trong quá trình làm việc Khi hơi đượ đưc a vào các lô sấy, nó truyền nhiệt năng tới vỏ kim loạ ủa thân lô i csấy đồng thời chuyển thành nước ngưng Nước ngưng sau ó được thu h i b i các ng xi đ ồ ở ốphông và quay vòng về nồi h i Vi c thu h i nước ng ng hi u qu óng vai trò quan ơ ệ ồ ư ệ ả đtrọng trong quá trình truyền nhiệt của lô sấy Vì vậy, cần yêu cầu để một ph n h i quá ầ ơnhiệt sẽ đ i qua các xi phong cùng với nước ngưng để tăng hiệu suất truyền nhiệt cũng như

tăng hiệu quả đẩy nước ngưng, không khí hoặc các khí không thể ngưng tụ ra khỏi các lô sấy

Hình 2.2 : Các lô s ấy trong dây chuyề n s n xuất giấ ả y

Ở các máy t c độ th p (<300-400m/phút), nước ng ng t o thành m t l p dưới ố ấ ư ạ ộ ớ ở

đáy c a lô s y Các lo i máy này thường là các lo i đời máy c Khi t c độ máy nâng cao, ủ ấ ạ ạ ũ ốnước ngưng bắt đầu bám theo thành lô sấy phía bên trong và hình thành một lớp nước ngưng dọc theo chu vi trong của lô s y i u này gây ra m t nh hưởng t c th i là gi m ấ Đ ề ộ ả ứ ờ ảtải đưa vào lô sấy Nếu tốc độ quay của lô sấy chậm lại thì lớp nước ngưng quanh chu vi bên của lô sấy sẽ ị b phá vỡ

Hầu hết các lô sấy trong một máy sấy hiện đại có các thanh sấy bên trong các lô

sấy Chúng còn một tên gọi khác là các thanh khuấy Đ ều này tạo ra sự truyền nhiệt từi

hơi quá nhiệt vào thành lô sấy tốt hơn và đồng đều hơn bởi chúng khuấy đều nước ngưng trong lô sấy

Để hỗ ợ tr và đẩy t m gi y di chuyển qua khu vực sấy, người ta thường sử dụng các ấ ấ

cơ cấu làm khô Các c cấơ u này c ng dùng để ép t m gi y vào bề mặũ ấ ấ t lô s y làm t ng ấ ăhiệu quả truyền nhiệt Cơ cấu này được dệt bằng các sợi tổng h p và không hấp thụ nước ợ(còn gọi là bạt tổng h p) Nước chứa trong tấm giấy sẽ được loại bỏ ực tiếp bằng việc ợ trbay hơi qua tấm sợi tổng hợp này vào không khí

Hiện nay, có hai loại bố trí các máy sấy: loại đơn và loại kép Cấu hình loại kép là loại cũ hơn loại còn lại (Hình 2.3a) Trong cấu hình này có hai t m s i t ng h p (bạt tổng ấ ợ ổ ợhợp): một sử ụ d ng cho các lô sấy phía trên và mộ ử ụt s d ng cho các lô sấy phía dưới để hỗ trợ ép tấm giấy áp sát vào bề mặt của các lô s y Khi t m gi y chuy n t lô s y này sang ấ ấ ấ ể ừ ấ

lô s y tiấ ếp theo thì không có các tấm sợi tổng hợp nhân tạo đỡ nên thường gây ra mộ ố t s

sự cố như đứt giấy hoặc nhăn giấy Để tránh những vẫn để này, ở các máy tốc độ cao, cấu hình đơn được đưa vào sản xuất (Hình 2.3b) Cấu hình này được phát minh vào năm

1975 Cấu hình này, sử dụng m t t m s i t ng h p để h tr cả các lô phía trên và các lô ộ ấ ợ ổ ợ ỗ ợphía dưới cũng như đỡ t m giấy khi di chuyển giữa các lô sấy ấ

Hình 2.3a: Cấu hình lô sấy kép

Hình 2.3b: Cấu hình lô sấ đơ y n

Trước khi giấy ra khỏi phần sấy sau thì giấy được i qua hai lô l nh (lô có nhiệđ ạ t độ th p) ấ

với mục đích: giảm nhiệt độ, giảm sự cong vênh của giấy, giảm sự tích đ ện trong tấm igiấy khi ra môi trường ngoài

Hình 2.4 : Hai lô sấy lạ nh nhóm sấy cuối cùng ở

2.2.2 Hệ thống hơi và hệ thống xử lý nước ngưng trong phân xưởng Xeo

Mục đích của hệ thống hơi và ngưng hơi là cung cấp đủ lượng hơi quá nhi t cho ệmáy sấy và để xử lý nước ng ng t hơư ừ i quá nhi t Các lô s y trong xưởng s y được chia ệ ấ ấthành nhiều nhóm lô sấy khác nhau, thông thường có từ 5 tới 10 nhóm trong m t dây ộchuyền xeo Áp suất hơi ở mỗi nhóm khác nhau được đ ềi u khiển riêng r để đạt được các ẽgiá trị áp suất yêu cầu trong quá trình sấy Hơi trong lô s y có th coi nh hơi bão hòa vi ấ ể ưluôn có quá trình ngưng xảy ra trên thành của lô sấy, vì vậy có sự tương quan trực ti p ếgiữa áp suất hơi và nhiệt độ hơi Trong th c t , áp su t h i s y là t lệ với dung lượng ự ế ấ ơ ấ ỷsấy

Một phương pháp đơn giản nhất (Hình 2.5), nhưng hiệu quả ít nhất là phương pháp

sử dụng h i c p th ng t i các nhóm lô s y khác nhau, sau ó, i t i ph n ch a nước ơ ấ ẳ ớ ấ đ đ ớ ầ ứngưng

Hình 2.5: Bố trí các lô sấy trong một nhóm sấy

Thường trong thực tế, việc các lô sấy làm việc với các mức áp suất khác nhau có thể được bố trí theo hệ thống phân tầng (cascade), đây là cách bố trí có hiệu quả để tận dụng năng lượng Ở phương pháp này, áp suất hơi sử dụng trong nhóm lô s y có mức đặt ấ

áp suất hơi cao được đưa tới để s dử ụng lạ ở nhóm lô sấy có áp suất hơi i thấp hơn

Hình 2.6 Bố trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade

Mô tả hệ sấy Hình 2.6: H sấệ y bao g m hai nhóm s y: nhóm 1 và nhóm 2 Trong đó, ồ ấnhóm sấy 1 hoạt động áp suất hơi cao hơn nhóm sấy 2, do vậy, hơi đi qua nhóm sấy 1 ở

và hơi thứ có trong Tank 1 được dẫn tới các lô sấy của nhóm s y 2 Bấ ộ đ ề i u khiển áp suất

hơi PC2 sẽ đ ều chỉnh van hơi để hơi chính và hơi thứ được kết hợp với nhau để đạ i t được

áp suất mong muố đn i vào nhóm sấy 2 Như ậ v y để làm được đ ềi u này thì ph i có s khác ả ựnhau về áp suất hơi giữa hai nhóm sấy để hơi th có th i qua van PDC, s khác nhau ứ ể đ ựnày phụ thuộc vào đ ểi m làm việc và cấu t o cạ ủa máy sấy Sự chênh áp giữa đầu vào và đầu ra của nhóm s y 1 đượấ c giám sát bằng bộ đ ề i u khiển PDC m bảo quá trình để đảngưng h i xảy ra Ở đơ ây, nhóm 2 là nhóm có áp suất làm việc thấp nhất, do vậy, Tank 2 chỉ có nhiệm vụ là dẫn nước ngưng về bình ngưng Để th c hi n i u này thì bình ng ng ự ệ đ ề ưphải có áp suất thấp hơi áp suất trong Tank2

Hình 2.7: Bố trí kiểu cascade với bốn nhóm sấy chính

H iệ đ ều khiển bố trí kiểu cascade có một bất tiện đó là có thêm đầu nối giữa hai vòng i u đ ềkhiển khác nhau Đ ềi u này tạo ra một đường d n gây ra nhiễu cho toàn hệ thống Trên ẫthực tế, việc sử dụng l i nguyên li u em l i m t s nh hưởng t i đặc tính động c a h ạ ệ đ ạ ộ ố ả ớ ủ ệ

và trong hầu hết các trường hợp nó tạo ra tín hiệu ph n h i dương Vì lý do ti t kiệả ồ ế m n ng ălượng nên thực tế cấu trúc cascade vẫn là giải pháp thường được sử dụng

Thực tế, để giải quyết nhược đ ểi m của cấu hình cascade, người ta sử dụng thêm b nén ộhơi Bộ nén hơi này làm nhiệm v n định áp su t đưa vào các lô s y cùng nhóm B ng ụ ổ ấ ấ ằcách này, hơi thứ chuyển tới một nhóm lô sấy là độc lập và không ảnh hưởng từ nhóm lô

sấy khác (Hình 2.8)

Hình 2.8: H ệ ấ s y sử ụ d ng bộ nén h ơi

B iộ đ ều khiển áp suất PC (Pressure Controller) sử dụng h i quay vòng t bộơ ừ nén h i ơnhưng nó cũng có khả năng sử dụng hơi từ lò hơi để cấp hơi trực tiếp cho các nhóm lô sấy khi cần thiết Theo cách tương tự vậy, b i u khi n PDC (Pressure Difference ộ đ ề ểController) dẫn hơi thứ sau các lô hoặc tới bộ nén hơi hoặc dẫn tới bộ phận ngưng hơi như khi đứt giấy ho c nhu cầu làm khô giấặ y gi m ả

Ngoài hai bộ đ ề i u khiển áp suất PC và PDC nêu trên, trong hệ đ ề i u khi n hể ơi cấp và ngưng còn có hàng loạt bộ đ ề i u khiển mức LC (Level Controller) thực hiện duy trì mực nước ngưng không đổi theo yêu cầu công nghệ tại các bình ng ng ch a nước và h i sau ư ứ ơkhi ra khỏi lô s y Các bấ ộ đ ề i u khiển này đều hoạt động độc lập và không ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình đ ềi u khiển độ ẩm giấy

2.2.3 Vòng đ ề i u khi n l ể ượng hơ ẩ i m

a.Nguyên lý đo:

Để iđ ều khiển được một bi n quá trình nào, thông thường, chúng ta ph i o được đại ế ả đ

l ng ượ đó Trong xưởng xeo giấy, các thông số về ch t lượng nh kh i lượng, độ m, ấ ư ố ẩ

hướng sợi, màu sắc, độ sáng được đo on-line trên dây chuyền Hệ thống đ ều khiển chất i

lượng sản phẩm trong xưởng Xeo thường được chia làm hai phần: Hệ đ ều khiển dọc máy i(MD) và hệ đ ề i u khiển ngang (CD) Thực tế, công nghệ thường dùng để đo các tín hiệu

MD và CD là dùng các cảm biến đơn quét theo tấm giấy Cảm biến được gắn trên các máy scanner (máy quét), nó dịch chuyển theo hướng ngang với chi u d ch chuy n c a ề ị ể ủgiấy Do d ch chuyển MD của giấy nên bộ đị o lường được dịch chuyển theo đường zigzag theo hướng di chuyển của tấm giấy (Hình 2.9)

Hình 2.9 Đườ ng o c đ ủa máy scanner

b.Vòng đ ề i u khiển độ ẩm của giấy

Như đ ã đề cậ ởp ph n trướầ c, l ng nước ch a trong t m gi y được i u khi n thông qua ượ ứ ấ ấ đ ề ể

áp suất hơi trong các lô sấy Vì khâu sấy được chia thành các nhóm khác nhau Do vậy,

đây là h i u khi n MISO Thông thường, để gi i quy t v n đề i u khi n, các b i u ệ đ ề ể ả ế ấ đ ề ể ộ đ ềkhi n ể được lấy theo một tín hiệu chung Bộ đ ề i u khiển độ ẩm của giấy, sau đó, sẽ chỉnh

áp suất hơi đặ ủa một nhóm sấy và các nhóm khác sẽ lất c y giá tr phù h p theo giá tr đặt ị ợ ịnày Đ ềi u này giống như mộ ộ đ ềt b i u khi n cho m t h SISO Trong các nhóm lô s y s ể ộ ệ ấ ẽ

có một nhóm lô sấy có áp suất hơi lớn nhất và nhận được tín hiệ điều khiển từ bộ đ ều i u khi n ể độ ẩm của giấy Các giá trị đặt của các nhóm khác được tính từ giá trị đặt của nhóm

có áp suất đặt lớn nhất Chúng được tính theo tỷ ố s hoặc theo sai lệch

Hình 2.10: Áp suấ đặ t t giữa các nhóm lô sấy

Việc tính toán giá trị đặt được thực hiện thông qua hàm f tổng quát nh sau: ư

để phản hồi tín hi u đầu ra Ngoài ra, mộ ốệ t s máy có ch t lượng i u khi n cao, b trí t i ấ đ ề ể ố ớ

2 máy scanner để đảm bảo chất lượng iđ ều khiển cao hơn: một máy đặt vịở trí gi a các ữnhóm lô sấy và một máy đặt ở cu i cuố ồi của quá trình sấy Giá trị đ ở o vị trí gi a ôi khi ữ đcòn dùng cho đ ềi u khiển feedforward để nâng cao chất lượng i u khi n hệ thống đ ề ể

Hình 2.11.: Đ ể đặ i m t r c ủ a b i u khiể độ ẩ ộ đ ề n m được phân bố ớ t i các b ộ đ ề i u khiển áp suất hơi

thông qua các hàm sai l ch ngo ệ ại trừ nhóm PC5

Như trình bày ở trên, vòng đ ềi u khiển độ ẩm của giấy là một vòng đ ều khiển cascade, sơ i

đồ khố ủi c a vòng i u khiểđ ề n này nh sau: ư

Hình 2.12: Cấu trúc đ ề i u khiển thường gặp của vòng đ ề i u khiể n độ m ẩ

Trong đó, vòng đ ềi u khiển phía trong là vòng đ ềi u khi n áp su t h i c a các nhóm lô s y ể ấ ơ ủ ấ

B iộ đ ều khiển thường được dùng cho vòng đ ều khiển áp suất hơi là bộ PI hoặc PID Ởivòng iđ ều khiển phía ngoài, thường dùng một bộ đ ề i u khiển bù giá trị thời gian chết (deadtime), đ ểi n hình là sử dụng b i u khi n IMC ( i u khiểộ đ ề ể đ ề n mô hình n i), ho c d a ộ ặ ựtrên phương pháp Dahlin Bộ đ ề i u khiển IMC sẽ gửi giá tr đặt áp su t h i cho vòng i u ị ấ ơ đ ề

khiển bên trong M ột giải pháp nâng cao chất lượ ng i đ ều khiển cho hệ này là sử dụng kết hợp hai bộ IMC theo cấu trúc mid-ranging. Bằng cách này, hai b iềộ đ u khi n vòng đơn ể

đ ạã t o thành m t b i u khi n độ ộ đ ề ể a bi n ế

Ngoài các biế đ ền i u khiển là áp suất hơi ở trong các lô sấy, còn một lượng l n các bi n o ớ ế đ

độ khô củ ấa t m gi y Các bi n này ấ ế được liệt kê dưới ây: đ

Hình 2.13 : Các thông số liên quan trong khâu sấy

T ốc độ giấ : Thông số y này nh hưởng l n t i lượng h i cung c p vì khi t c độ ra gi y lớn ả ớ ớ ơ ấ ố ấ

đòi h i s b c h i ph i l n và nhanh ỏ ự ố ơ ả ớ

Trọng lượng khô: Bề ặ m t gi y d y s khó khô h n b m t t m gi y m ng ấ ầ ẽ ơ ề ặ ấ ấ ỏ

Độ ẩm đầu vào: Đây là thành phần của nước trong trong giấy khi ra khỏi khâu ép và tới khâu sấy Thông số này thường không biết và là nhiễu của hệ

Độ mịn: ảnh hưởng tới độ chảy của bột giấy và khả năng bay hơi

Đ ể i m sương: Ảnh hưởng t i s bay h i c a nước i m sương càng cao thì kh n ng bay ớ ự ơ ủ Đ ể ả ăhơi càng kém

Độ tro: Thể ệ hi n hàm lượng cácbonát

Nồng độ bột giấy (consistence): thể ệ hi n độ đồng u của giấy đề

Độ dày…

Một số các biến trên là các biến đ ều khiển Một số dùng làm tín hiệu đ ều khiển i ifeedforward như tốc độ gi y, tr ng lượng khô M t s bi n khác dùng cho tín hi u phản ấ ọ ộ ố ế ệ

hồi Một số biến chỉ để hiển thị

Ngoài biến độ m của giấẩ y được o thì trọng lượng khô của giấy cũđ ng được o đầu tang đ ởtrống và được i u khi n b i lu ng gió trong khoang sấđ ề ể ở ồ y ( ây là c u hình thường g p đ ấ ặ ởcác máy giấy)

Nhi ễu trong quá trình đ ề i u khiể n

Trong quá trình làm việc, h th ng thường có các nhi u nh áp su t h i và có độ thay đổi ệ ố ễ ư ấ ơchậm về tần số, các nhiễu này do tác động giữa các vòng đ ềi u khiển với nhau hoặc do tác

động của h i th c a nhóm s y có áp su t cao h n a về ơ ứ ủ ấ ấ ơ đư

Ở vòng i u khi n ngoài, vòng iđ ề ể đều khiển độ ẩm, thường có các nhiễu do tác động của chất lượng giấy, độ dày, mỏng c a gi y khác nhau ủ ấ

Ngày này, ở các máy xeo giấy hiện đại, buồng thông gió ngoài chức năng t o đường thoát ạcho không khí nóng ẩm thoát ra mà nó còn là một môi trường được i u khiển để ứng đ ề

d ng iụ đ ều khiển độ ẩm của giấy Đây là một sự khác biệt lớn giữa những máy sấy hiện đại

và máy sấy cũ

Như chúng ta biết, quá trình bốc hơi nước phụ thuộc vào hai yếu tố: nhiệt độ củ ấa t m gi y ấ(được cấp nhiệt bởi các lô sấy) và môi trường không khí trong buống sấy Trong đó yếu tố môi trường không khí trong buồng s y lấ ại có hai yế ố nhỏ ảu t nh hưởng, đó là: sự ư l u động

của dòng không khí và độ ẩm không khí Một ví dụ đ ển hình trong đời sống hàng ngày là ikhi ta phơi quần áo Vào mùa hè, độ ẩm không khí rất cao (cỡ 80-90%), khi đó quần áo sẽnhanh khô khi có nắng và gió to Trong khi đó, vào mùa thu, nhiều ngày không có gió nhưng quần áo vẫn nhanh khô bởi độ m không khí th p, do v y, c ng làm s bốẩ ấ ậ ũ ự c h i ơ

nước nhanh hơn Hai trường hợp trong đời sống thường ngày trên cũng giống với việc sử

dụng buồng thông gió để đ ều khiển độ khô của tấm giấy trong giai đ ạn sấy giấy i o

Hình 2.14: Hai yế ố ự u t t nhiên ả nh hưởng t i quá trình sấy ớ

2.3.1 Đ ể i m sương

Đ ểi m sương (dewpoint) là nhi t độ tạ đệ i ó không khí tr nên bão hoà hay nói cách khác là ở

đ ểi m chuy n tr ng thái c a h i nước sang tr ng thái l ng trong i u ki n áp suất không ể ạ ủ ơ ạ ỏ đ ề ệkhí không đổi

Khi nhiệt độ cao hơ đ ển i m sương thì áp suất thành phần của hơi nướ ăng lên và nước có c tthể bay hơi vào không khí

Đ ếi m sương xác định độ m tương đối Khi độ m tương đối cao, đ ểẩ ẩ i m sương g n với ầnhiệt độ hiện tại của không khí Nế độ u ẩm tương đối là 100%, đ ểm sương sẽ bằi ng ho c ặcao hơn nhiệt độ không khí lúc đó Nếu độ m tẩ ương đối giảm đ ểi m sương sẽ thấp hơn

đối với cùng m t nhi t củộ ệ độ a kh i không khí ố

Nhiệt độ iđ ểm sương được tính toán dựa theo công thức "Magnus" sau:

ra không khí càng mạnh Như ậ v y, việ đ ềc i u chỉnh i m sương dẫn tới việ đ ềđ ể c i u chỉnh tốc

độ bay hơ ủi c a nước trong t m gi y Khi i m sương càng th p thì t c độ bay h i càng ấ ấ đ ể ấ ố ơ

lớn Đ ều này trái ngược với việc đ ều khiển áp suất hơi là việc tăng áp suấ ơi i t h i làm t ng ătốc độ bay hơi của nước trong tấm giấy bởi áp suất hơi làm tăng áp suất thành phần hơi nước chứa trong giấy và dẫn tới sự khác biệt về áp suất thành phần hơi nước giữa giấy và không khí

2.3.2 Cấu trúc buồng thông gió.

Buồng thông gió là một không gian bao quanh các nhóm lô sấy và được cách lý v i môi ớ

trường xung quanh Buồng thông gió có mộ đầu vào và mộ đầu ra, đầu vào cung cấp t t không khí nóng, khô và đầu ra để xả không khí nóng m mang theo h i nước được thoát ẩ ơ

ra từ ấ t m giấy được sấy trên các bề ặ m t lô sấy

Hình 2.15 : Nguyên lý cấ ạ u t o h thố ệ ng thông gió bu ng s y ồ ấ

Cơ cấu ch p hành đầu vào (van cấp khí) thực hiện duy trì lưu lượng khí cấp vào còn đ ềấ i u khi n ể đ ểi m sương mong muốn của khí cấp vào Việc đ ềi u khiể đ ển i m sương được thực hiện thông qua việc kết hợp giữa không khí không và không khí thoát ra t bu ng thông ừ ồgió để tái sử dụng

Hình 2.16 : C u hình h ấ ộp thổi khí của khoang sấy kép và đơn

Ở hình v trên, các khu v c khoanh tròn th hiệẽ ự ể n khu v c x y ra hi n tượng bay h i nhi u ự ả ệ ơ ềnhất của nước thoát ra từ tấm giấy

Hình 2.17: Vị trí các hộp gió trong một dây chuyề n s y hiệ đạ ấ n i của hãng Metso.

Ngoài biế đ ền i u khiển là nhiệt độ i m sương, thì trong buđ ể ồng thông gió người ta thường

đ ềi u khi n c áp su t không (Zero) để đảm b o cho chi u c a dòng khí nóng luôn ch y ể ả ấ ả ề ủ ảtheo đường xả Việc đ ềi u khiển này phải đảm bảo sao cho áp suất theo đường xả giảm dần

và là áp suất âm Để th c hi n được đ ềự ệ i u này người ta thường dùng c cấơ u ch p hành là ấquạt hút để sao cho tạo áp suất âm dọc theo đường xả

Lật lại các tồn tại thực tế đã đưa ra ở Chương 1, ta có thể lý gi i các v n đề th c t này ả ấ ự ếthông qua những hiểu bi t khi tìm hiểu nguyên lý làm việc c a hế ủ ệ sấ ởy trên Th c t , h ự ế ệtruyền động và cơ cấu các khâu trong dây chuyền 1 của xưởng Xeo được mô tả như

Hình2.19 sau:

Đ ề i u khi n áp su t i m không trong buồng thông gió ể ấ đ ể

Hình 2.18 : Áp su ất trong buồ ng thông gió

Smothing press

Couch roll

4-Dryer 5-Dryer Cooling Roll Forward roll

Pick-up roll

2nd Press

Expander

Bottom Calender

Spool starte

Reeler

ACS600

E 160kW M

ACS600 15.2kVA

5.5kW M

YA-14

260kW

M

Y 210kW

ACS600

Paper roll 3rd Press roll

M

ACS600 15.2kVA

5.5kW

FT Reel spreader

BAI BANG_PM1 HITECH CENTER

φ740mm

φ716 φ850

φ900 φ425

Cu

FT

φ1500 1-Dryer 2-Dryer 3-Dryer

φ 1500 φ 1500 φ1500

φ1500 φ1500

289rpm 253.3rpm

243.4rpm

Paper roll φ330

Paper roll φ267 Paper roll φ267

Paper roll φ267

298.5rpm 300.7rpm 139.3rpm 139.3rpm 139.3rpm

140.7rpm 140.7rpm 140.7rpm

501.4rpm

236.8rpm

1800rpm 1711rpm

1800rpm 1789rpm

1500rpm 1510rpm 1800rpm 1807rpm

mm mm mm mm mm

mm mm mm

mm

mm

mm mm

mm

Paper roll φ330mm mm

mm

633.2rpm 633.2rpm

633.2rpm

790.4rpm

1205.9rpm

263.3rpm

YA-8

80kW 1800rpm 1789rpm

YA-9

782.7rpm 782.7rpm

1800rpm 1847rpm

M 3.5kW 1800rpm

1704rpm

1205.9rpm

39.5kW1500rpm 1510rpm

700rpm 790rpm

970rpm 1206rpm

Cu

Ép quang Phần s y sau ấ

Phần s y sau ấ

Hình 2 : Hệ Xeo dây chuyền 1 nhà máy Bãi Bằng

Hình 2.19 : Hệ Xeo dây chuyền 1 nhà máy Bãi Bằng

Phần s y trước ấPhần s y trước ấPhần ép

H iệ đ ều khiển sấy có được mô tả trên như hình vẽ sau:

Hình 2.20: Mô tả ệ đ ề h i u khiển sấ y c a dây chuy n Xeo 1 ủ ề

Qua phân tích ta thấy, hệ sấy được chia làm hai ph n: Ph n s y trước (Pre-dryer) và ph n ầ ầ ấ ầsấy sau (After-dryer) Ở giữa hai phần sấy là phần ép keo (size-press) Ở phần sấy trước được chia thành 3 nhóm sấy Ph n sấy sau có 3 nhóm sấy ầ

Như vậy, qua phân tích ta th y, h xeo trong dây chuy n thự ếấ ệ ề c t có nh ng nhược i m ữ đ ểsau:

a Vòng đ ề i u khiển áp suất

Ở vòng i u khi n áp su t h i, thì các vòng i u khi n đều là vòng i u khi n đơn Các đ ề ể ấ ơ đ ề ể đ ề ể

b iộ đ ều khiển đều là các bộ đ ều khiển khí nén từ i nh ng n m 80 M c dù chúng có độ b n ữ ă ặ ềcao nhưng kém linh ho t trong vận hành, giám sát và đ ềạ i u khiển Giữa các vòng đ ềi u khi n ể đơn này có liên quan với nhau bằng đường c p hơi thứ từấ nhóm sau v nhóm trước ềthông qua một bộ đ o chênh áp Do vậy, khi sử ụ d ng hơi thứ ừ t nhóm sau cho nhóm trước,

về mặt kinh t thì đảm b o được tính ti t ki m n ng lượng do việế ả ế ệ ă c s dụử ng h i th a c a ơ ừ ủnhóm có nhiệt độ cao hơn sang nhóm có nhiệt độ h i thấp hơn, còn về mặ đ ềơ t i u khi n, tín ểhiệu này chính là một nhi u cho vòng i u khi n áp suất của nhóm sử dụễ đ ề ể ng h i th Do ơ ứvậy mà trong thực tế hiện tượng đứt giấy thường xẩy ra khi chuyển từ ạ tr ng thái không s ửdụng hơi thứ sang trạng thái tận dụng hơi thứ

Việc đặt áp suất hơi cho các vòng đ ềi u khiển áp suất đơn được thực hiện riêng rẽ, do vậy không linh hoạt trong vận hành và dựa vào kinh nghiệm vận hành của người vận hành Một trường hợp đáng chú ý nhất là khi khởi động hệ xeo giấy hoặc khi vào giấy trở lại sau sự cố đứt gi y thì hi n tượng đứt gi y thường xuyên x y ra Sự cốấ ệ ấ ả này làm gián o n đ ạquá trình sản xu t trong thời gian ấ đáng kể và ảnh hưởng đến năng suất của cả nhà máy Vì

vậy khác phục được hiện tượng này là góp phần nâng cao chất lượng iđ ều khiển của cả

hệ

Hình 2.21 : Hi n t ng ệ ượ đứt giấy tại buồ ng s ấy

b Vòng đ ề i u khiể n độ m ẩ

Theo khảo sát thực tế, hiện tại vòng đ ềi u khiển độ ẩm của hệ ấ s y là không liên hệ trực tiếp

với vòng đ ều khiển áp suất, bởi vòng đ ều khiển áp suất đượ đặi i c t giá trị đặt theo độ dày

mỏng của giấy và theo kinh nghiệm Ngoài ra, hệ thống thông gió chỉ đóng vai trò vận chuyển hơi nóng bốc lên từ bề mặt gi y, mà chư đấ a óng vai trò đ ềi u khiển trong quá trình

sấy giấy Do vậy, quá trình bốc hơi xảy ra không hiệu quả Đ ều này kéo theo quá trình isấy phụ thuộc nhiều vào quá trình đ ềi u ch nh áp su t h i trong lô s y i u này c ng gi i ỉ ấ ơ ấ Đ ề ũ ảthích tại sao công suất sấy c p tấ ừ hơi ph thu c vào th i ti t b i vì: Nh ng ngày th i ti t ụ ộ ờ ế ở ữ ờ ế

có độ ẩm cao, nhiệt độ đ ểm sương cao thì khả năng bốc hơi của nước trong giấy là chậm, itrong khi đó, nhưng ngày khô hành, đặc biệt vào mùa thu, thì nhiệt độ i m sương thấp đ ểnên quá trình bay hơi dễ dàng Do đó, đề duy trì độ ẩm t thì công suất sđặ ấy của hơ ẽ i sthay đổi theo Như vậy, có thể thấy rằng hiệu quả kinh tế sẽ không cao khi vi c i u ch nh ệ đ ề ỉ

độ khô của gi y chỉấ ph thu c ph n lớn vào điều khiển áp suất hơi bởi khi đó nhu cầu tiêu ụ ộ ầthụ hơ ới l n d n đến t n th t n ng lượng cung c p cho lò h i, làm t ng chi phí đầu vào ẫ ổ ấ ă ấ ơ ănhiêu liệu

Đồng thời, m c ích ch yếu của việc đưa biến ụ đ ủ đ ềi u khiể độ ẩm không khí vào để in đ ều khiển quá trình bay hơ ủi c a gi y là vi c nâng cao h n nữa chất lượng điấ ệ ơ ều khiển của cả hệ

sấy Việc nâng cao chất lượng iđ ều khiển này được thực hiện dựa trên cấu trúc đ ều khiển imid-ranging Vấn đề này s được trình bày chi tiết ở Chương 3 ẽ

K ết luậ : Như vậ n y, chương 2 ã i sâu tìm hi u công ngh củđ đ ể ệ a quá trình s y và các y u ấ ế

tố liên quan Từ đó đề tìm ra nguyên nhân của những t n t i hiện có ở nhà máy ồ ạ

Chương 3: Mô hình hóa và xây dựng cấu trúc đ ề i u khiển mới

Mục đích chương này nhằm giải quyết trọn vẹn vấn đề về giải thích nguyên lý hoạt động

về mặ ật v t lý c a lô s y, th c hi n mô hình hóa và xây d ng c u trúc i u khiểủ ấ ự ệ ự ấ đ ề n đề xu t ấ

Ở chương này s th c hi n gi i thích ho t động c a quá trình s y d a trên các lu t cân ẽ ự ệ ả ạ ủ ấ ự ậbằng về khối và cân bằng năng lượng Ở đ ây sẽ đưa ra được mô hình dựa trên bản chất

hiện tượng vật lý, nó là mô hình phi tuyến tính dựa trên các biểu thức đại số, sau đ được ó tuyến tính hóa để đưa ra một mô hình có cấu trúc kiểu IPZ Áp su t h i và nhi t độ củấ ơ ệ a v ỏ

lô sấy được ch n là các biếọ n trạng thái, và hai biến này đều có thể được o lường chính đxác Tóm lại, một trong các mụ đc ích chính của chương này là thấy được b n chấả t hi n ệtượng và các ảnh hưởng chính tới các thông số của mô hình IPZ Đồng th i đề xu t ờ ấphương pháp nhận dạng các thông số của đối tượng trong quá trình th c nghi m Bên ự ệ

cạnh đó, đưa ra dạng hàm truyền đối tượng buồng gió và các vấn đề lý thuyết đ ều khiển iliên quan Cuối cùng xây dựng cấu trúc đ ềi u khiển đề xuất

3.1 Mô hình hóa lô sấy

3.1.1.Mô hình kinh nghiệm.

Công nghiệp sản xu t gi y là mấ ấ ột ngành s n xu t c nh tranh và thị trường đòi hỏi vốn lớn ả ấ ạ

vì vậy quá trình sản xuất luôn đặt dưới áp lực về sự tăng giá Khách hàng luôn mong muốn giá giấy rẻ với ch t lượng cao h n Để áp ng được nh ng nhu c u này òi h i ấ ơ đ ứ ữ ầ đ ỏquá trình sản xu t phải giảm được chi phí sảấ n xu t Một trong những việc làm quan trọng ấ

là phải nâng cao được chất lượng iđ ều khiển của h , để làm vi c này c n th c hi n các mô ệ ệ ầ ự ệhình hoá và mô phỏng của hệ thống để ánh giá và giảđ m thi u chi phí ể

Trong thực tế đ, ã có nhiều loại mô hình cho quá trình sấy được đưa ra, trong khuôn kh ổbản luận văn này, mô hình cho quá trình mà đầu vào là sự thay đổ đội mở của van h i và ơđầu ra là sự thay đổi áp su t h i trong các lô s y được chọn theo kinh nghiệm là mô hình ấ ơ ấkiểu hộp đen tuyến tính Mô hình này được dùng để phân tích hệ thống kín với các cấu trúc đ ềi u khiển hiện có và ứng dụng để phân tích ưu đ ểi m c a c u trúc i u khi n đề xuất ủ ấ đ ề ể

Một mô hình về áp suất hơi trong các lô sấy được đưa ra ở rất nhi u tài li u [SEL 1995, ề ệ

Nelson & Gardner 1996] mô hình dạng IPZ Mô hình này mô tả hàm truyền của quá trình

tuyến tính về các đặc tính động từ van hơi tới áp suấ ơt h i Mô hình này có m t thành phần ộtích phân, mộ đ ểt i m cực và mộ đ ểt i m không, vì vậy, mô hình này được gọ ắi t t là mô hình IPZ (Intergator, Pole và Zero) Hàm truyền của mô hình IPZ có dạng nh sau: ư

1 2

(1 ) ( )

Dưới đây là một ví dụ cụ thể đáp ứng của mô hình IPZ với kích thích đầu vào dạng xung chữ nhật:

Hình 3.1: Đ áp ng bước vòng hở ủ ứ c a mô hình i tượng IPZ đố

Trong đó, hàm truyền của đối tượng IPZ là:

Transfer function: s + 0.0172

exp(-2*s) * - s^2 + 0.3225 s